深度解析DS64BR401：高速信號(hào)處理的理想之選

在高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)念I(lǐng)域中，信號(hào)的完整性和傳輸距離一直是工程師們關(guān)注的焦點(diǎn)。德州儀器（TI）推出的DS64BR401四通道雙向中繼器，憑借其出色的性能和靈活的配置，成為了眾多高速應(yīng)用的理想選擇。今天，我們就來深入了解一下這款芯片。

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一、DS64BR401的特性亮點(diǎn)

1. 高速雙向傳輸

DS64BR401支持高達(dá)6.4 Gbps的數(shù)據(jù)速率，能夠滿足大多數(shù)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆Ｋ捎盟耐ǖ离p向設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸和處理。

2. 信號(hào)調(diào)理功能

該芯片具備輸入和輸出信號(hào)調(diào)理功能，可有效延長(zhǎng)信號(hào)的傳輸距離。通過可調(diào)的接收均衡（最高 +33 dB增益）和發(fā)送去加重（最高 -12 dB），能夠補(bǔ)償信號(hào)在傳輸過程中的損耗，確保信號(hào)的質(zhì)量。

3. 靈活的參數(shù)調(diào)整

其發(fā)送輸出電壓擺幅（VOD）可在600 mVp - p至1200 mVp - p之間進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。同時(shí)，還支持自動(dòng)去加重縮放，可根據(jù)速率檢測(cè)自動(dòng)調(diào)整去加重參數(shù)。

4. 低功耗設(shè)計(jì)

每個(gè)通道的功耗僅為100 mW，且支持單通道電源關(guān)斷功能，有助于降低系統(tǒng)的整體功耗。

5. 高可靠性

具有超過6 kV的HBM ESD防護(hù)等級(jí)，能夠有效保護(hù)芯片免受靜電放電的影響。此外，其3.3V LVCMOS輸入兼容的SMBus接口，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

6. 封裝優(yōu)勢(shì)

采用54引腳WQFN封裝（10 mm x 5.5 mm），具有高速信號(hào)直通引腳布局，有利于減少信號(hào)干擾和延遲。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

DS64BR401適用于多種高速總線應(yīng)用，包括但不限于：

• SATA和SAS接口：支持1.5、3.0和6 Gbps的數(shù)據(jù)速率，可用于硬盤驅(qū)動(dòng)器、固態(tài)硬盤等存儲(chǔ)設(shè)備的連接。
• XAUI和RXAUI接口：適用于高速以太網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
• sRIO接口：可用于嵌入式系統(tǒng)和通信設(shè)備中的高速數(shù)據(jù)傳輸。
• 光纖通道：支持4.25 Gbps的數(shù)據(jù)速率，可用于光纖通信系統(tǒng)。
• 其他應(yīng)用：如10GBase - CX4、InfiniBand 4x（SDR & DDR）QSFP有源銅纜模塊、高速有源電纜和FR - 4背板走線等。

三、工作模式詳解

DS64BR401可工作在兩種模式下：引腳控制模式（ENSMB = 0）和SMBus模式（ENSMB = 1）。

1. 引腳控制模式

在引腳控制模式下，中繼器可通過外部引腳進(jìn)行配置?？梢元?dú)立選擇每一側(cè)的均衡和去加重參數(shù)，同時(shí)還可通過引腳控制速率優(yōu)化（3 Gbps、6 Gbps或自動(dòng)檢測(cè)）。此外，接收器的電氣空閑檢測(cè)閾值可通過SD_TH引腳上的可選外部電阻進(jìn)行編程。

2. SMBus模式

當(dāng)處于SMBus模式時(shí)，均衡、去加重等參數(shù)可在單個(gè)通道的基礎(chǔ)上進(jìn)行編程，而不是像引腳模式那樣按側(cè)分組。一旦ENSMB被置高，RATE、EQx和DEMx功能將立即切換到寄存器控制。EQx和DEMx引腳將轉(zhuǎn)換為AD0 - AD3 SMBus地址輸入。其他外部控制引腳仍然有效，除非相應(yīng)的寄存器被寫入并設(shè)置了適當(dāng)?shù)母采w位，否則在ENSMB被拉低之前將被忽略。上電時(shí)和ENSMB被拉低時(shí)，所有寄存器將復(fù)位到默認(rèn)狀態(tài)。如果在ENSMB = 1時(shí)斷言PWDN = 1，寄存器將保留其當(dāng)前狀態(tài)。

四、電氣特性分析

1. 功耗

在正常工作模式下（PWDN = 0，EQx = 0，DEMx = 0 dB，K28.5模式，VOD = 1.0 Vp - p），功耗約為758 - 950 mW。當(dāng)PWDN = 1且ENSMB = 0時(shí)，功耗可低至0.92 - 1.125 mW。

2. 輸入輸出特性

• CML接收器輸入：具有良好的差分回波損耗和共?；夭〒p耗，輸入阻抗平衡，最大允許電流為±30 mA，輸入電阻為50 Ω。
• LPDS輸出：輸出電壓擺幅可根據(jù)VOD[1:0]進(jìn)行調(diào)整，輸出共模電壓為VDD - 1.4 V，上升/下降時(shí)間快，上升/下降失配小。

3. 抖動(dòng)特性

在6.4 Gbps的數(shù)據(jù)速率下，殘余確定性抖動(dòng)小于0.25 UIp - p，隨機(jī)抖動(dòng)小于0.5 psrms，能夠保證信號(hào)的穩(wěn)定性和可靠性。

五、PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 差分對(duì)布線

CML輸入和LPDS輸出的差分阻抗應(yīng)控制在100 Ω。盡量將差分線布在同一層，避免使用過孔，如需使用則應(yīng)盡量少用，并確保差分對(duì)兩側(cè)的過孔對(duì)稱放置。同時(shí)，要將差分信號(hào)遠(yuǎn)離其他信號(hào)和噪聲源。

2. 電源旁路

為確保DS64BR401獲得穩(wěn)定的電源供應(yīng)，建議將VDD和GND引腳連接到相鄰層的電源平面，并使用適當(dāng)?shù)呐月?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/電容/" target="_blank">電容。每個(gè)VDD引腳應(yīng)連接一個(gè)0.01 μF的旁路電容，并在電源旁路設(shè)計(jì)中加入2.2 μF至10 μF的電容。

3. 信號(hào)隔離

為減少串?dāng)_耦合，建議差分對(duì)之間的間距大于3倍的線寬。例如，當(dāng)線寬為5 mils，間距為5 mils時(shí)，差分對(duì)之間的間距應(yīng)大于15 mils。

六、總結(jié)

DS64BR401以其高速、靈活、低功耗和高可靠性等特點(diǎn)，為高速信號(hào)處理提供了優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體的需求和場(chǎng)景，合理配置芯片的參數(shù)，并注意PCB設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)，以充分發(fā)揮DS64BR401的性能優(yōu)勢(shì)。希望本文能夠?qū)Υ蠹以谑褂肈S64BR401進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)有所幫助。

大家在使用DS64BR401的過程中遇到過哪些問題？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。